高铁路基上拱段轨面变形列车动力响应分析
发布时间：2021-08-05 15:05
随着高速铁路迅速发展,列车运行安全性、平稳性和舒适性的要求也随之提高。高速铁路在修建以及运营中不可避免地因速度提升造成与环境耦合的新问题。尤其是北方地区因地基中存在微膨胀性泥岩,遇水发生膨胀效应,致使兰新第二双线路基产生上拱病害,严重影响列车运行的安全性和平稳性。本文以兰新第二双线路基上拱造成轨面高程异常为研究对象,基于多体动力学仿真软件SIMPACK和有限元软件ANSYS,对上拱段实测轨面高程,就轨面曲线拟合、实测轨道不平顺分别进行了车-线耦合分析,并基于安全性和平稳性指标对列车上拱段轨面不平顺进行了动力响应分析得出了对应的上拱幅值、波长与速度的影响关系。论文主要研究内容如下:（1）利用SIMPACK仿真软件基于子结构快速建模方法建立多体动力学仿真模型。并借助ANSYS有限元分析软件对CRTSⅠ双块式无砟轨道结构建模分析。通过子结构分析将有限元模型引入动力仿真模型中形成车-轨刚柔耦合模型进行动力响应分析。（2）根据上拱幅值大小将路基上拱段轨面高程异常数据分别处理成轨道不平顺和线路线形,并引入SIMPACK模型中进行动力仿真。分析不同速度下列车的垂向和横向动力学指标并与实测数据对比,进...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速铁路运营规划
度和路网密度三者的紧密结合[1]。2017 年，我国铁路的日运行量可达到 4200 多列，总的运行里程可达到 12.7 万公里，其中高速铁路达到了 2.5 万公里，这远远超过了其它国家的总和。我国人口基数大，铁路客运量非常庞大，其中高速铁路的客运量相对于整个铁路运量达到了 60%以上。相较于高速铁路运量大的特点，它覆盖的范围也较广，能够贯穿 100 多个城市，覆盖人口可达七亿[2]。预计划到 2020 年我国高速铁路运营总里程数能够达到 3 万公里以上，对三线以上城市覆盖率可达到 80%，对 20 万以上人口城市覆盖率达到 100%。中国的铁路网将基本形成，这种布局合理、运营功能完善以及技术水平世界前列的铁路网规划这将使得人民的出行更加方便高效，生活进入现代化。铁路网的不断完善，使我们充分体验到铁路的快速发展带来的变化。铁路技术的不断发展和推进既有线的不断提速,将进一步完善我国的铁路网蓝图。我国铁路预期达到的目标：2000公里范围内的路程一天之内就能达到，早出晚归，提高效率。大概 4000 公里范围的路程，一天一夜即可到达。在 2025 年的时候，将进一步扩大铁路规模，预期将达到 17.5万公里，我国的高铁将大概达到 3.8 万公里，实现铁路网的进一步完善。我国铁路网预期覆盖 240 座以上的城市，大多数的大中型城市被基本覆盖，这将大大的提高出行速度，使我们不再被距离和时间问题所困扰[3]。
在发生机床病害时难以控制与处理[4]。目前高速铁路路基常见病害主要有路基沉降、路基冻胀、边坡损坏、雨水风沙冲蚀、特殊地质条件下的病害等。其中，高速铁路列车运行影响最为关键的是沉降问题和边坡防护。高速铁路路基病害反映到上部结构便是轨道走行面的起伏与变形，亦或是轨道板、道床板、支撑层的变形开裂。这种现象对速度大的高铁列车运行影响很大，除了限制列车运行速度还对列车的动力响应影响较大包括舒适性、安全性和平稳性[5]。因此分析病害路基段线路列车的动力响应是迫在眉睫的。路基沉降的研究国内外学者已取得显著成果，但是由于路基上拱而引起的轨面高程的异常，从而导致高速铁路列车运行问题，却在国内外研究相对较少。其中路基冻胀造成的轨道不平顺也是引起路基上拱原因之一。在温度较低的区域，路基水受到低温影响，致使温度高的水向温度较低的水的土层方向转移，在这种水温差的情况下，水分会快速的聚拢并且逐渐形成聚冰层，也就形成了路基冻胀[6]。但是对于路基冻胀引起的轨面高程异常，国内外学者也主要是从产生冻胀的原因，解决以及防治路基冻胀的方法去分析研究。而在路基冻胀引起的轨面变形，对高速铁路列车的动力响应以及轨下基础的动力学特性研究相对较少。除了由于路基冻胀引起的轨道不平顺外，排水不通畅造成泥岩地区泥岩膨胀引起路基上拱，造成轨道几何不平顺也是原因之一[7]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流变的高速铁路深挖路堑长期上拱变形数值分析[J]. 吴沛沛. 路基工程. 2019(01)
[2]大单元双块式无砟轨道路桥过渡段路基上拱影响研究[J]. 赵磊. 铁道学报. 2018(10)
[3]某膨胀性围岩地层铁路隧道仰拱上拱原因分析及整治[J]. 谭永庆. 铁道标准设计. 2017(07)
[4]关于成渝高铁路基上拱问题的探讨[J]. 杨吉新,马旭超,刘前瑞. 铁道建筑. 2016(08)
[5]兰新高速铁路路基上拱原因分析及整治措施[J]. 王剑. 路基工程. 2015(01)
[6]无砟轨道路基地段曲线超高设置方式的研究[J]. 乔神路. 铁道标准设计. 2015(02)
[7]车辆—无砟轨道—路基系统振动特性研究[J]. 付琪璋. 铁道建筑. 2014(04)
[8]列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析[J]. 杜衍庆,白明洲,倪守睿. 北京工业大学学报. 2014(04)
[9]朔黄重载铁路轨道不平顺谱分析[J]. 徐磊,陈宪麦,李晓健,孟宪洪. 中南大学学报(自然科学版). 2013(12)
[10]列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型[J]. 徐鹏,蔡成标. 工程力学. 2011(03)
博士论文
[1]轨道不平顺时频域分析及预测方法的研究[D]. 陈宪麦.铁道部科学研究院 2006
[2]客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能与无碴轨道结构振动响应的仿真研究[D]. 宣言.铁道部科学研究院 2006
[3]高速铁路轨道路基竖向动力响应研究[D]. 聂志红.中南大学 2005
硕士论文
[1]高速列车作用下黄土路堑环境振动特性试验研究与数值分析[D]. 王东.兰州交通大学 2018
[2]兰新高速铁路某区段路基沉降整治措施及治理效果研究[D]. 程康.兰州交通大学 2018
[3]高速铁路路基冻胀变形引起的轨道结构变形特性及其对行车的动力影响研究[D]. 郭毅.西南交通大学 2016
[4]CRTS Ⅱ型板式无砟轨道轨道板离缝上拱整治及效果研究[D]. 高睿.西南交通大学 2014
[5]轨道不平顺对地铁车辆动力学性能的影响分析[D]. 王伟.西南交通大学 2014
[6]双块式无砟轨道结构道床板上拱的成因分析与整治措施研究[D]. 姜鹏.西南交通大学 2011
[7]典型轨道谱的仿真分析研究[D]. 刘晓敏.吉林大学 2009
[8]基于现代数据处理方法的干线轨道谱理论及应用研究[D]. 赵桦.西南交通大学 2002
本文编号：3323967
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速铁路运营规划
度和路网密度三者的紧密结合[1]。2017 年，我国铁路的日运行量可达到 4200 多列，总的运行里程可达到 12.7 万公里，其中高速铁路达到了 2.5 万公里，这远远超过了其它国家的总和。我国人口基数大，铁路客运量非常庞大，其中高速铁路的客运量相对于整个铁路运量达到了 60%以上。相较于高速铁路运量大的特点，它覆盖的范围也较广，能够贯穿 100 多个城市，覆盖人口可达七亿[2]。预计划到 2020 年我国高速铁路运营总里程数能够达到 3 万公里以上，对三线以上城市覆盖率可达到 80%，对 20 万以上人口城市覆盖率达到 100%。中国的铁路网将基本形成，这种布局合理、运营功能完善以及技术水平世界前列的铁路网规划这将使得人民的出行更加方便高效，生活进入现代化。铁路网的不断完善，使我们充分体验到铁路的快速发展带来的变化。铁路技术的不断发展和推进既有线的不断提速,将进一步完善我国的铁路网蓝图。我国铁路预期达到的目标：2000公里范围内的路程一天之内就能达到，早出晚归，提高效率。大概 4000 公里范围的路程，一天一夜即可到达。在 2025 年的时候，将进一步扩大铁路规模，预期将达到 17.5万公里，我国的高铁将大概达到 3.8 万公里，实现铁路网的进一步完善。我国铁路网预期覆盖 240 座以上的城市，大多数的大中型城市被基本覆盖，这将大大的提高出行速度，使我们不再被距离和时间问题所困扰[3]。
在发生机床病害时难以控制与处理[4]。目前高速铁路路基常见病害主要有路基沉降、路基冻胀、边坡损坏、雨水风沙冲蚀、特殊地质条件下的病害等。其中，高速铁路列车运行影响最为关键的是沉降问题和边坡防护。高速铁路路基病害反映到上部结构便是轨道走行面的起伏与变形，亦或是轨道板、道床板、支撑层的变形开裂。这种现象对速度大的高铁列车运行影响很大，除了限制列车运行速度还对列车的动力响应影响较大包括舒适性、安全性和平稳性[5]。因此分析病害路基段线路列车的动力响应是迫在眉睫的。路基沉降的研究国内外学者已取得显著成果，但是由于路基上拱而引起的轨面高程的异常，从而导致高速铁路列车运行问题，却在国内外研究相对较少。其中路基冻胀造成的轨道不平顺也是引起路基上拱原因之一。在温度较低的区域，路基水受到低温影响，致使温度高的水向温度较低的水的土层方向转移，在这种水温差的情况下，水分会快速的聚拢并且逐渐形成聚冰层，也就形成了路基冻胀[6]。但是对于路基冻胀引起的轨面高程异常，国内外学者也主要是从产生冻胀的原因，解决以及防治路基冻胀的方法去分析研究。而在路基冻胀引起的轨面变形，对高速铁路列车的动力响应以及轨下基础的动力学特性研究相对较少。除了由于路基冻胀引起的轨道不平顺外，排水不通畅造成泥岩地区泥岩膨胀引起路基上拱，造成轨道几何不平顺也是原因之一[7]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流变的高速铁路深挖路堑长期上拱变形数值分析[J]. 吴沛沛. 路基工程. 2019(01)
[2]大单元双块式无砟轨道路桥过渡段路基上拱影响研究[J]. 赵磊. 铁道学报. 2018(10)
[3]某膨胀性围岩地层铁路隧道仰拱上拱原因分析及整治[J]. 谭永庆. 铁道标准设计. 2017(07)
[4]关于成渝高铁路基上拱问题的探讨[J]. 杨吉新,马旭超,刘前瑞. 铁道建筑. 2016(08)
[5]兰新高速铁路路基上拱原因分析及整治措施[J]. 王剑. 路基工程. 2015(01)
[6]无砟轨道路基地段曲线超高设置方式的研究[J]. 乔神路. 铁道标准设计. 2015(02)
[7]车辆—无砟轨道—路基系统振动特性研究[J]. 付琪璋. 铁道建筑. 2014(04)
[8]列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析[J]. 杜衍庆,白明洲,倪守睿. 北京工业大学学报. 2014(04)
[9]朔黄重载铁路轨道不平顺谱分析[J]. 徐磊,陈宪麦,李晓健,孟宪洪. 中南大学学报(自然科学版). 2013(12)
[10]列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型[J]. 徐鹏,蔡成标. 工程力学. 2011(03)
博士论文
[1]轨道不平顺时频域分析及预测方法的研究[D]. 陈宪麦.铁道部科学研究院 2006
[2]客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能与无碴轨道结构振动响应的仿真研究[D]. 宣言.铁道部科学研究院 2006
[3]高速铁路轨道路基竖向动力响应研究[D]. 聂志红.中南大学 2005
硕士论文
[1]高速列车作用下黄土路堑环境振动特性试验研究与数值分析[D]. 王东.兰州交通大学 2018
[2]兰新高速铁路某区段路基沉降整治措施及治理效果研究[D]. 程康.兰州交通大学 2018
[3]高速铁路路基冻胀变形引起的轨道结构变形特性及其对行车的动力影响研究[D]. 郭毅.西南交通大学 2016
[4]CRTS Ⅱ型板式无砟轨道轨道板离缝上拱整治及效果研究[D]. 高睿.西南交通大学 2014
[5]轨道不平顺对地铁车辆动力学性能的影响分析[D]. 王伟.西南交通大学 2014
[6]双块式无砟轨道结构道床板上拱的成因分析与整治措施研究[D]. 姜鹏.西南交通大学 2011
[7]典型轨道谱的仿真分析研究[D]. 刘晓敏.吉林大学 2009
[8]基于现代数据处理方法的干线轨道谱理论及应用研究[D]. 赵桦.西南交通大学 2002
本文编号：3323967
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